您的位置:中国科技新闻网 > 科技新闻 > 污水治理与水生态修复“过程资源化”的开拓者
污水治理与水生态修复“过程资源化”的开拓者
发表时间 2017-11-01 14:31 来源 本站原创

  ——记“光捕生态”发明人胡佑忠研究员植根于中华文化的创新之路

  编者按:现在和将来的较长一段时间内,污水处理和水生态修复都是我国面临的重要生态文明建设任务之一。怎么用科学方法提升污水处理和水生态修复过程的大众参与度和实现过程资源化,依然是一个世界难题。在我国水污染治理与水生态修复领域,有一位在大学期间学习哲学,在国外生活了十八年,跨界从事交通研究的人,基于他的文化自信、植根于《道德经》的智慧,潜心研究十年,发明了一系列的水环境治理与水生态修复的实用技术与材料设备,形成“光捕生态”系统技术,并且在几十项工程实践中得到应用与检验,他开辟了一条大众参与水环境治理和水生态修复的“过程资源化”创新之路,预计将逐渐成为各级“河长”发动群众参与水环境治理与水生态修复的神器,这个人就是澳籍华人胡佑忠研究员。

  富营养化湖泊治理,采用水稻种植配合相应修复手段,实现过程资源化。

  悲天悯人,真英雄一往无前

  2006年初夏的一个傍晚,几位在昆明市实地考察了两天的澳大利亚联邦道路交通研究局的专家,在滇池边的一家酒吧里一边喝着酒,一边讨论为昆明市的城市未来交通规划提供服务的话题,他们之中有一位澳籍华人胡佑忠研究员。

  他们首先围绕应不应该为昆明的未来提供交通规划服务展开了激烈的争论,多数人认为应该放弃昆明,理由是昆明这座未来居住几百万人口的大城市的主要水源地——滇池已经严重污染,昆明没有可持续发展的水资源,昆明将来很有可能会是一座鬼城。胡佑忠则认为中国人一定会有智慧解决水污染的生存环境问题。争论的焦点就此从交通规划转换为水生态环境与中国智慧问题。在中国多个城市进行深度考察后的澳大利亚专家们认为,世界上没有任何一个国家可以阻碍中国强大,而阻碍中国强大和可持续强大的因素是中国的生态环境,特别是水生态环境。水生态问题是一个世界性的头号难题,目前最发达的国家都没有一个能够长期有效地真正解决水生态问题,中国能够解决这么普遍存在的水污染问题吗?

  面对专家们的疑问,胡佑忠研究员想从中国的治水传统文化说服大家,中国历史上的英雄“大禹治水”就开辟了一条由“堵”到“疏”的治水路。在坐的Parker老先生说:“治理污水与治理洪水是完全不一样的,不能够用历史来说明今天,我们非常希望中国人能够找到真正有效可持续的治理污水和修复水生态的方法,这不仅拯救了中国自己,中国也将是地球的救星。世界上还没有这样的牛人啊,全世界需要这样一位牛人啊。”

  胡佑忠端起酒杯对Parker老先生说:“我愿意试一下,我愿意成为能够真正治理污水和修复水生态的人。”

  Parker先生也端起酒杯站起来对胡佑忠说:“我的好兄弟,你是哲学家,你不需要教我怎么解决这个问题,你只需要告诉我们思路。如果你能说服我,我会付给你一万澳元。”胡佑忠和Parker老先生的手紧紧地握在一起干了这杯酒,胡佑忠迎接挑战,开始准备治水!

  从滇池边打赌的这一杯酒开始,胡佑忠研究员几乎将工作之余的所有时间用来了解世界污水处理的进程和学习污水处理与水生态修复的前沿技术,为此,他辞去澳大利亚联邦道路交通研究局高级研究员和驻东北亚代表这一令人羡慕的工作,扛上行囊,怀揣个人的全部积蓄,带着悲天悯人的情怀,一腔为众生而流的热血,留下年幼的儿女在澳洲,只身一人毅然踏上回中国治理水污染和修复水生态之路。“风萧萧兮易水寒,壮士一去兮不复还”,明知前面的路充满艰险,是真英雄仍然一往无前!

  折戟滇池,出师未捷身几死

  滇池曾经是“高原明珠”而闻名于世,而今天却因污染最厉害,治理难度大而闻名于世,几乎成为世界上所有污染治理与水生态修复的公司都想攻克的难关。胡佑忠研究员回到中国的第一站就选择了昆明滇池这一块最难啃的骨头。他要从成千上万种河流湖泊治理技术中找到他们的共同缺陷然后克服它。他有时会站立在滇池边静静地思索,从东升的朝霞到落日的余辉,滇池的水多少次映照他的身影,映照他一颗忧国忧民的赤子之心。他深信能够从古老中国智慧中受到启迪来攻克这一世界难题。

  不耻下问,平易近人是胡佑忠研究员的良好性格。胡佑忠沿着滇池考察,经常会主动的与当地老百姓攀谈。当时的滇池湖面飘荡着疯长的水葫芦,像一片一望无际的草原,几十条船和几百名民工在湖里打捞着水葫芦,这些民工是专业打捞水葫芦的。有一次一位老民工指着堆积如山的水葫芦对胡佑忠说:“这东西确实能够清洁水,但是这东西捞起来一点用处都没有,要是能治水的东西捞起来还有用处就好了,我捞几年也就快要成为小富翁啦!” 说者无意,听者有心,胡佑忠研究员仔细反复的琢磨老民工的话而恍然大悟:老民工的话的实质是希望滇池治理的工程能够让周边的老百姓参与,治理滇池的过程最好能够产生财富,老百姓能够从水生态修复的过程中获得利益。

  踏破铁鞋无觅处,得来全不费功夫。胡佑忠研究员豁然开朗起来,他发现了所有水生态修复没有成功的根源,归结起来其实就是两个:第一,没有把水中的污染物质“捕捉”起来(捞起来);第二,没有实现“过程资源化”(捞起来的东西没有用处)。胡佑忠研究员兴奋得好几天睡不着觉。

  思路找到了,那么用什么东西、怎么样来“捕捉”水里面的污染物质并且还能够生产财富呢?需要将思路付诸实践的技术,需要支撑技术的工具和产品!胡佑忠研究员用几个月的时间围绕“捕捉”和“过程资源化”的方向苦思冥想,他把自己关在租住的房子里面,想不出结果就不下楼。胡佑忠研究员又开始研读《道德经》。他读到“谷神不死,是谓玄牝,玄牝之门,是谓天地根;绵绵若存,用之不勤”。胡佑忠研究员认为,老子在告诉我们:“谷神”就是生物,生物的化育生生不息是“不死”的生物链,是生态的根本,人也是生态中的一份子,善“用”生态就要关注人与生态的共生可持续性。功夫不负有心人,《道德经》的启发,老民工的“点醒”,结合以前的工作经验和在洞庭湖滨成长的人生经历,胡佑忠研究员终于有了滇池水生态修复的路线图。他注册成立了“昆明天地根科技有限公司”,申请了4项专利(一种生物养殖治理水污染的系统和装置;一种用于生物养殖治理水污染的封闭式浮网箱;一种用于生物养殖和治理水污染的造浪机和一种用于生物养殖和治理水污染的增氧添料机),形成了一套完整的以生物养殖、种植和自然能源增氧的方法对滇池进行污水治理与水生态修复的生态工程技术方案。

  方案呈交给昆明市委市政府,昆明市主要领导非常重视,以昆明市滇池管理局昆信委督【2008】案字第2411号发文,要求滇池生态研究所组织专家团队对方案进行讨论评价,专家们对天地根法以捕捉滇池污染物并且将污染物转化为资源和能源的方案给予很高的评价,认为技术和工艺都是可行的,不仅可以带动十万群众参与滇池水生态修复过程的生态生产,而且每年可以创造30亿元以上的生态收益,对修复滇池水生态系统具有现实意义。但是,部分专家认为技术方案虽然理论上能够修复滇池水生态,但是方案中采用的“一种用于生物养殖治理水污染的封闭式浮网箱”的专利产品与《滇池保护条例》第三章第十六条规定相冲突(禁止在滇池网箱养殖水产品),这一方案实施起来是不合法的。胡佑忠认为《滇池保护条例》的立法宗旨是修复和保护滇池,法令禁止的应该污染滇池的投饵网箱养殖,而用来净化滇池水质,修复滇池水生态的网箱养殖应该是受到支持和鼓励的,这个问题可以经“司法解释”来解决。于是胡佑忠开始申请云南省人大的相关部门通过司法解释来解开这个结。胡佑忠花费差不多半年的时间和巨大的努力,从司法部门得到的答复是“没有这样的先例”。就这样,一部保护滇池的法律,将一套能够真正治理滇池的技术冠冕堂皇的拒之门外。

  在昆明近一年时间的高强度研发和市场推广已经差不多花光了胡佑忠的积蓄。从啃最难啃的骨头开始,结果差一点崩掉了牙齿,大有出师未捷身几乎要死的感觉啦!怎么办?胡佑忠想到了Parker先生,他将自己“捕捉法”的湖泊水生态修复的思路,已经申请了4项专利和制造出了两件产品的样品告诉了Parker。Parker先生完全赞同胡佑忠的“水生态修复过程资源化”的思路,他不仅给予胡佑忠金钱的支持,还先生亲自到中国来为胡佑忠加油,鼓励他继续研究下去。

  移师湖南,柳暗花明又一村

  无奈地开了云南昆明,胡佑忠来到自己的家乡湖南。湖南人具有敢为天下先的品格。他通过湖南大学资源环境学院院长曾光明教授介绍,在湖南农业大学与杨仁斌教授的团队合作,将胡佑忠发明的矩阵捕捉生态修复集成系统在湖南农业大学的天鹅湖进行中试。钱没有了,胡佑忠就开始在朋友和亲戚间募集资金,购买中试材料和设备。

  矩阵水生态修复集成系统将水生植物群落、微生物群落和水生动物群落的集团修复能力有机地聚集在一起,在造浪增氧和水循环动力推进下,仅仅3个半月时间,就将一个十亩水面散发着恶臭的纳污水塘修复到清澈见底,荷香四溢的美景水塘,水质从地表水劣Ⅴ类改善提升到地表水Ⅲ类。

  2009年5月25日,中澳合作矩阵生态修复系统技术鉴定会在湖南农业大学举行,湖南省环保厅召集由一位中国工程院院士和两位长江学者教授领衔的评审专家团队给予矩阵捕捉水生态修复技术的评价指出:“这种低投入、低能耗、有产出、无污染、可持续的新集成生态修复技术,将水污染治理和水生态修复转换为一个资源循环利用的清洁生产过程;实现人与环境和谐相处的可持续发展过程。水体矩阵生态修复技术为污水处理和湖泊生态修复提供了从根本上解决问题的途径,在中国和世界上没有类似报道,在理念,技术和实施工艺上是先进的,在富营养化水体生态修复方面达到世界先进水平。填补了国内空白。”(摘录自《科学技术成果鉴定证书》湘环科鉴字【2009】第02号)。技术鉴定会上各位专家的高度评价坚定了胡佑忠的决心。

  蛰伏江城,步步为营求完善

  2009年6月,胡佑忠在湖南农业大学迎来了慕名而来的武汉市水务局的领导和专家,他们参观了矩阵生态修复系统,与胡佑忠进行了深入的技术交流,他们热情的邀请胡佑忠到有“百湖之市”称号的武汉市,将矩阵生态修复系统作为2009年11月在武汉召开的第十三届世界湖泊大会中国创新的示范工程进行展示。胡佑忠应邀来到了武汉,这里有他的母校武汉大学,有他熟悉的东湖。当他在武汉大学东湖游泳池看到在上世纪八十年代初他曾经畅游的东湖水,现在因为水质恶化已经不能游泳的状况,他心生无限惋惜之情,也深感水生态修复之任重道远。

  坐而论道不如起而行之。胡佑忠将他投资在湖南农业大学天鹅湖的矩阵生态修复中试系统搬迁到武汉市,在武汉水果湖重新安装进行湖泊水生态修复的工程实例展示,他自己掏腰包展示自己的湖泊水生态修复的发明成果,从事生存环境改善的公益事业。他的付出开始有了回报,很快他在武汉打开局面,先后有多个水生态修复项目开始应用他的技术和产品,效果良好成为最有说服力的市场推广口碑。

  “九宫八卦”矩阵水生态修复系统示范工程(2010年4月4日拍摄于武汉水果湖)。

  用什么工具能够高效率的实现水生态修复过程资源化成为胡佑忠研究员这一阶段研发的重点,他先后试验过十多种产品,不断的优化和改进,逐步形成了适应不同气候环境和水质环境的系列产品。他从《道德经》“万物负阴而抱阳,冲气以为和”中受到启发,发明了“一种气囊式种植盘”,能够用气囊一次成型,用空气将栽种填料浮在水面,将水稻、蔬菜和很多种陆生喜水性植物浮法种植在富营养化湖泊的水面上;他受《道德经》“有之以为利,无之以为用”的启发,发明了“一种嵌入式浮法种植单元”,结合微生物膜组件和微曝气组件的集成水生态修复系统,在湖泊水生态修复工程中,取得非常好的效果。

  湖泊水体相对静止,水生态修复的过程比较缓慢,胡佑忠研究员在工程实践不断探索如何提高富营养化湖泊静止水体生态修复的效率。他从《道德经》“反者道自动,弱者道之用;天下万物生于有,有生于无”受到启迪,将原有水生态修复系统的结构更改为一种“几何反对称”结构浮在水面,神奇的一幕出现啦,系统结构在自然力的作用下开始缓慢自动旋转。系统的转动改变了静止水体的水动力结构,系统中微生物繁殖的速率加快,植物生长更加旺盛,关联水生动物群落数量激增,水生态修复的扩散效应提高了十倍以上。当系统上的植物生长越高,系统捕捉自然风力的能力越强,在巧妙的反对称布局之中,隐含捕捉无形的风的力量。当胡佑忠在一次国际交流会上展示出他的“旋转式浮法湿地”系统时,外国专家们都惊呼:这是“浮在水面的神秘东方风车”。

  胡佑忠研究员深刻领会“绿水青山就是金山银山”,他的水生态修复工程的设计总是匠心独运,每一项工程都是一个景点。他相信:景观也是生产力,也是资源化的体现。水生态修复也要体现文化的要素,他设计实施的“佛喜万福”和“八方来和”等浮法湿地结构,都成为行业经典而广为传颂。

  在“百湖之市”的武汉的八年时间里,胡佑忠的一系列发明富营养化湖泊水生态修复的成果都在这里得到中试和示范工程展示。“堵”和“疏”都是工程水利的抗洪方法,“捕”才是治理污水的根本方法,胡佑忠坚定的行进水生态修复“过程资源化”路上。

  光捕生态,化废为宝创效益

  污水处理厂是现代化城市的组成部分之一。一直以来城市生活污水处理采用的技术和运营模式,不仅消耗大量的能源,糟蹋宝贵的资源,造成严重的空气污染,最终的排放水依然需要大量的生态水稀释,造成地表水水污染的扩散,基本没有经济价值,反而使民众承担昂贵的费用。100多年来作为污水处理的工程实践的局限性和有害性开始被越来越多的人认识到,城市生活污水处理厂既不符合自然逻辑,也不符合社会逻辑,污水处理厂已经走入死胡同。城市生活污水的可资源化性质越来越引起科技界的重视,世界范围内科学家和工程技术人员都在寻找新的污水处理的技术和运营模式。一种革命已经酝酿很久,期待中的真正突破却始终没有到来。胡佑忠研究员将精力转移到污水处理难题的攻克上。

  《道德经》第五十二章“见小曰明,守柔曰强;用其光,復归其明。无遗身殃,是谓习常”。胡佑忠研究员通过反复研读得到启迪,确立了“用其光,復归其明”来攻克污水治理世界难题的思路。2011年胡佑忠在武汉注册成立“天下光捕(武汉)生态科技有限公司”,以他发明的一系列“光捕”专利,创立“光捕生态”技术系统,提出了光原驱动+生物捕捉+原位提取+资源化利用的可持续污水处理模式,攻克污水处理难题。现代科技研究表明:光是带有能量的粒子结合,亦称光量子。波长介于425~490nm的蓝光和640~740nm的红光进入植物表面驱动光化学反应促进植物生长,同时带动植物其他器官捕捉相应的营养元素并共同转化为生物质能。开发和利用这种自然力将成为生态文明发展的引擎!

  胡佑忠发明的超大规模光捕生物反应器(Large Scale Photon Eco-Capture Bioreactor:缩写LSPECBR,国际专利优先权PCT/CN2015/073453)是一种用途十分广泛的捕碳生态生产工具。目前已经有13个发达国家和欧盟受理了该项发明的国际专利申请,已有澳大利亚等五个国家和欧盟通过专利授权。超大规模光捕生物反应器的推广使用将改变现有初级生产力的基本结构,成为以捕捉经济为特征的生态文明时代来临的标志。光捕生态在产业发展层面,形成了材料合成,产品制造,设备组装,系统集成,运营管理和深度资源化开发的产业链,具有发展成为生态文明建设支柱产业的巨大潜力,并逐步实现人类生存的主要食物来源从“种地”向“种水”的跨越。2015年10月,在北京人民大会堂召开的第十二届中国科学家论坛大会上,胡佑忠发明的《一种污水处理装置和处理方法(消化道法)》获得“2015年度中国科技创新优秀发明成果奖”;《超大规模光捕生物反应器及运行方法》获得“2015年度中国科技创新最佳发明成果奖”。

  与时俱进,文化自信促发明

  胡佑忠研究员的水生态修复与污水处理的发明一直没有停歇,他一边发明,一边应用,一边改进。目前,他发明的技术和产品已经应用于水源地水安全保护与饮用水有机污染物深度消减净化;城市生活污水的能源资源化回收与净化(生物质能);黑臭河道的资源化处理与景观重构;大型湖泊湖底沉积有机质消减与资源化利用;富营养化水体(河、湖、库)的生态修复与水安全;湿地生态公园的生物多样性恢复与水质优化;小城镇与农村生活污水处理与特色村镇建设;农业种植面源污染资源化拦截捕捉;海绵城市与休闲公园的水资源维护与综合利用;大规模畜禽养殖的粪便资源化利用;集约化水产养殖水体生态修复与功能提升;流域水资源调度与水生态功能优化模型以及近海滩涂和盐碱地水生态修复和土壤改良。他正在与相关专家合作,将“光捕生态”技术用于油田废水处理的“过程资源化”和污染地下水的处理与修复。胡佑忠研究员发明的技术和产品始终坚持“过程资源化”的原则和可持续发展的要求,坚持生态文明的建设由普罗大众参与,为普罗大众服务的宗旨,与时俱进。

  将武山湖国家湿地公园水生态修复工程嵌入休闲观光的功能,实现过程资源化。

  2014年9月,长江大学聘请胡佑忠研究员为客座教授,他与长江大学合作成立“长江大学国际水生态研究院”,在水生态修复与污水处理方面开展国际合作和人才培养。

  河长制是今后一个时期国家推动水生态环境改善的主要抓手,胡佑忠研究员现在正在研究一种河长制执行情况的考核技术方案。他认为,以后河流与湖泊水质改善情况的考核一定要结合对污染物质“捕捉”的量化指标与水质改善效果同时进行,也就是要考核在水生态修复的“过程资源化”数据。胡研究员在思考每一级河长的功能发挥办法,但是有一点是共同的,那就是每一级河长,在河长管理的流域范围内一定要注意发动群众的力量进行生态建设,参与规划与评价,参与水生态修复的监督,让流域的民众体验到生态改善的参与感、获得感。河长制的“金字塔”结构中,以基层河长数量为多,以浙江省为例,截至2016年底,浙江有省级河长6名、市级河长199名、县级河长2688名、乡镇级河长16417名、村级河长42120名。到2018年底,全国的各级河长将达到一百多万名。要让河长制真正运转起来,必须有效调动村级、乡镇级乃至县级河长的积极性,督促基层河长履行职能,各级河长都有一个共同的职责,就是调动广大群众积极参与河流湖泊的污水治理与水生态修复以及水安全保护。而“光捕生态”以“捕捉”为核心,以“过程资源化”为抓手为各级河长发动群众提供了非常有力的技术支撑。

  习近平总书记在党的十九大报告中说:“没有高度的文化自信,没有文化的繁荣兴盛,就没有中华民族伟大复兴。”胡佑忠研究员非常谦虚,每当有人夸赞他的发明成果,他总是说,这是中华文明智慧的闪耀,他个人所做的工作,就是结合我们这个时代碰到的难题,既向古老的文明智慧叩问思路,又借助最前沿的科学技术成果研发工具,最重要的是付诸工程应用,他对自己发明的技术和产品能够在很多工程中发挥重要作用感到欣慰。“学而时,习之,不亦乐乎”。他说他是一位“边缘人”,很多时候都在“跨界行走”,但是从来没有离开中华文明智慧之道。